(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスを液化する方法であって、
（ａ）炭化水素供給ガスから硫黄含有種および水を取り除くために、前記炭化水素供給ガスを前処理する工程と、
（ｂ）冷却ゾーンを提供する工程であって、前記冷却ゾーン内における冷却は、混合冷媒システムからの混合冷媒、および補助冷却システムからの補助冷媒を、前記冷却ゾーンを循環させることによって提供される、工程と、
（ｃ）少なくとも部分的に、前記混合冷媒システムによって生成された廃熱によって、前記補助冷却システムが駆動される方法において、前記補助冷却システムで前記混合冷媒システムからの廃熱を用いる工程と、
（ｄ）前記前処理された供給ガスを前記冷却ゾーンを通過させる工程であって、前記冷却ゾーンにおいて、前記前処理された供給ガスは冷却され、前記冷却された供給ガスが膨張し、炭化水素液を生成する工程と
を含み、
混合冷媒を前記冷却ゾーンを循環させる前記工程は、
（ｉ）圧縮機において前記混合冷媒を圧縮する工程と、
（ｉｉ）前記圧縮された、混合冷媒を、前記冷却ゾーンを通して延在する第１の熱交換経路を通過させる工程であって、前記冷却ゾーンにおいて、前記圧縮された、混合冷媒は冷却されて膨張し、混合冷媒の冷却剤を生成する、工程と、
（ｉｉｉ）前記混合冷媒の冷却剤を、前記冷却ゾーンを通して延在する第２の熱交換経路を通過させ、前記冷却ゾーン内における冷却を提供する工程と、
（ｉｖ）前記混合冷媒を、前記圧縮機に再循環させる工程と
を含む、方法。
【請求項２】
前記前処理した供給ガスを前記冷却ゾーンを通過させる工程が、前記前処理した供給ガスを、前記冷却ゾーン中の第３の熱交換経路を通過させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補助冷媒を前記冷却ゾーンを循環させる工程が、前記補助冷媒を、前記冷却ゾーンの一部を通して延在する第４の熱交換経路を通過させる工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２および前記第４の熱交換経路が、前記第１および前記第３の熱交換経路に対して逆流する熱交換関係において延在する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記廃熱が前記圧縮する工程から生成される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が、前記補助冷媒を有する前記圧縮機に直接に連結されるガスタービンの冷却流入空気をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記流入空気は、５℃から１０℃の範囲の温度まで冷却される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記混合冷媒を圧縮する工程が、前記混合冷媒の圧力を３０バールから５０バール上昇させる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記方法が、前記圧縮された、混合冷媒を前記第１の熱交換経路に通過させるのに先立ち、前記圧縮された、混合冷媒を冷却する工程を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧縮された、混合冷媒は、５０℃未満の温度まで冷却される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記圧縮された、混合冷媒が１０℃まで冷却される、請求項９または請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧縮された、混合冷媒を冷却する工程が、前記圧縮された混合冷媒を、前記圧縮機から熱交換器へ通過させる工程を含む、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱交換器は空気冷却器または冷水器である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却する工程は、前記圧縮された、混合冷媒を、前記圧縮機から前記熱交換器へ通過させる工程と、前記熱交換器において冷却された前記圧縮された、混合冷媒を、冷却装置へさらに通過させる工程とを含む、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却装置は、少なくとも部分的に、廃熱によって駆動される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記廃熱は、前記圧縮する工程から生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記混合冷媒の冷却剤の温度が、前記前処理された供給ガスが凝結する温度であるか、またはその温度以下である、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記混合冷媒の冷却剤の温度は−１５０℃未満である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記混合冷媒は、１個から５個の炭素原子を含む窒素および炭化水素からなる群より選択された化合物を含む、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合冷媒は、窒素、メタン、エタンまたはエチレンと、イソブタンおよび／またはｎ−ブタンと、を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記混合冷媒の組成は、窒素：５から１５；メタン：２５から３５；Ｃ２：３３から４２；Ｃ３：０から１０；Ｃ４：０から２０；およびＣ５：０から２０のモル分率範囲中にある、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記炭化水素ガスは天然ガスまたは炭層メタンである、請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記炭化水素ガスは、メタンの液化温度以下にて、前記冷却ゾーンから回収される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
（ａ）混合冷媒と、
（ｂ）前記混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
（ｃ）炭化水素液を生成するために、前処理された供給ガスを冷却するための冷却加熱交換器であって、
前記冷却加熱交換器は、前記圧縮機と流体連通する第１の熱交換経路、第２の熱交換経路、および第３の熱交換経路を有し、
前記第１、第２、および第３の熱交換経路は前記冷却ゾーンを通して延在し、かつ第４の熱交換経路は前記冷却ゾーンの一部を通して延在し、
前記第２および第４の熱交換経路は、前記第１および第３の熱交換経路と逆流する熱交換の関係において配置される、冷却熱交換器と、
前記第１の熱交換経路からの流出口および前記第２の熱交換経路への流入口と流体連通する膨張機であって、前記第１の熱交換経路からの流出口と前記第２の熱交換経路への流入口との間に設けられた膨張機と、
（ｄ）前記第２の熱交換経路からの流出口および前記圧縮機への流入口と流体連通する再循環混合冷媒ラインであって、前記第２の熱交換経路からの流出口と前記圧縮機への流入口との間に設けられた再循環混合冷媒ラインと、
（ｅ）前記第４の熱交換経路と流体連通する補助冷媒を有する補助冷却システムと、
（ｆ）前記第３の熱交換経路の流入口と流体連通する、前処理された供給ガスの供給源と、
（ｇ）前記第３の熱交換経路の流出口と流体連通する炭化水素液ラインと
を備える、炭化水素ガス液化システム。
【請求項２５】
前記圧縮機はガスタービンによって駆動される一段式の圧縮機である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記圧縮機は一段式の遠心分離機である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記圧縮機は、中間冷却器および中間洗浄器を有する各々のガスタービンによって駆動される二段式の圧縮機である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
使用時に、前記ガスタービンからの廃熱が蒸気発生器において蒸気を生成することを促進する構成において、前記ガスタービンが前記蒸気発生器と連結される、請求項２５から請求項２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記蒸気発生器は、電力を生成するように構成された一段式の蒸気タービン発電機に連結される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記一段式の蒸気タービン発電機によって生成された電力量が、前記補助冷却システムを駆動するのに十分である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記補助冷媒がアンモニアを含み、前記補助冷却システムが１つ以上のアンモニア冷却パッケージを含む、請求項２４から請求項３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記１つ以上のアンモニア冷却パッケージが空気冷却器によって冷却される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記補助冷却システムは前記ガスタービンと熱交換連通し、前記熱交換連通は、前記補助冷却システムによって前記ガスタービンの流入空気の冷却をもたらすように構成されている、請求項２５から請求項３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記システムは、前記圧縮された、混合冷媒が前記冷却熱交換器において受取られるのに先立って、前記圧縮された、混合冷媒を冷却するための冷却器を備える、請求項２４から請求項３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記冷却器は空冷式の熱交換器、または水冷式の熱交換器である、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記炭化水素液ラインにおける前記炭化水素液は、膨張機を介して膨張されて、前記炭化水素液をさらに冷却する、請求項２４から請求項３５のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液化天然ガスの生成方法およびシステムに関する。より詳細には、本発明は、天然ガスまたは炭層ガスなどの炭化水素ガスを液化するプロセスおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスまたは炭層ガスなどの炭化水素ガスを処理し液化し、液化メタンまたはＬＮＧを生成するためのプラントの建設および運用は多量の資本および運用上の費用を伴う。特に、環境問題への配慮や温室効果ガス排出に関する規制が高まるにつれ、このようなプラントの設計は、燃料効率を増加させ、可能な限り排出ガスを低減する特性を具現化することを模索する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
広義の態様において、本発明は、天然ガスまたは炭層ガスなどの炭化水素ガスを液化するプロセスおよびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、第１の態様において、本発明は、炭化水素ガスを液化するプロセスであって、
（ａ）炭化水素供給ガスから硫黄含有種および水を取り除くために、上記炭化水素供給ガスを前処理する工程と、
（ｂ）冷却ゾーンを提供する工程であって、上記冷却ゾーン内における冷却は、混合冷媒システムからの混合冷媒、および補助冷却システムからの補助冷媒を、上記冷却ゾーンを介して循環させることによって提供される、工程と、
（ｃ）少なくとも部分的に、上記混合冷媒によって生成された廃熱によって、上記補助冷却システムが駆動される方法において、上記混合冷媒システムと上記補助冷却システムとを結合させる工程と、
（ｄ）上記前処理された供給ガスを上記冷却ゾーンを介して通過させる工程であって、上記冷却ゾーンにおいて、上記前処理された供給ガスは冷却され、上記冷却された供給ガスが膨張し、炭化水素液を生成する、工程と
を含む、プロセスを提供する。
【０００５】
本発明の一実施形態において、混合冷媒を上記冷却ゾーンを介して循環させる上記工程が、
（ａ）圧縮機において上記混合冷媒を圧縮する工程と、
（ｂ）上記圧縮された、混合冷媒を、上記冷却ゾーンを通して延在する第１の熱交換経路を介して通過させる工程であって、上記冷却ゾーンにおいて、上記圧縮された、混合冷媒は冷却されて膨張し、混合冷媒の冷却剤を生成する、工程と、
（ｃ）上記混合冷媒の冷却剤を、上記冷却ゾーンを通して延在する第２の熱交換経路を介して通過させ、混合冷媒を生成する工程と、
（ｄ）上記混合冷媒を、上記圧縮機に再循環させる工程と
を含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態において、上記前処理した供給ガスを上記冷却ゾーンを介して通過させる工程が、上記前処理した供給ガスを、上記冷却ゾーン中の第３の熱交換経路を介して通過させる工程を含む。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態において、上記補助冷媒を上記冷却ゾーンを介して循環させる工程が、上記補助冷媒を、上記冷却ゾーンの一部を通して延在する第４の熱交換経路を介して通過させる工程を含む。上記第２および上記第４の熱交換経路が、上記第１および上記第３の熱交換経路に対して逆流する熱交換の関係において延在する。
【０００８】
有利にも、発明者らは、圧縮機のガスタービンの駆動により、この圧縮する工程において生成される熱が、蒸気発生器において蒸気を生成させるために、このプロセスにおいて利用可能（そうでなければ廃熱とみなされてしまうであろう）であることを発見した。この蒸気は、一段式の蒸気タービン発電機に電力を供給し、補助冷却システムを駆動する電力を生成するために用いられてもよい。
【０００９】
したがって、本発明の好ましい実施形態において、プロセスは、少なくとも部分的に、本発明のプロセスの圧縮する工程から生成された廃熱により、補助冷却システムを駆動することをさらに含む。
【００１０】
本発明の別の好ましい実施形態において、プロセスは、上記補助冷媒を有する上記圧縮機に直接に連結されるガスタービンの冷却流入空気をさらに備える。好ましくは、上記流入空気は、約５℃から約１０℃の範囲の温度まで冷却される。発明者らは、ガスタービンの流入空気を冷却することが、１５％〜２５％、圧縮機の出力を増加させ、その結果、圧縮機の出力がＬＮＧ産生と比例するため、本プロセスの生成能力を改善すると推定した。
【００１１】
本発明の一実施形態において、上記混合冷媒を圧縮する工程が、上記混合冷媒の圧力を約３０バールから約５０バール上昇させる。
【００１２】
この混合冷媒が圧縮されると、その温度が上昇する。さらなる実施形態において、上記プロセスが、上記圧縮された、混合冷媒を上記第１の熱交換経路に通過させるのに先立ち、上記圧縮された、混合冷媒を冷却する工程を含む。このようにして、冷却ゾーンにおける冷却負荷が低減される。一実施形態において、上記圧縮された、混合冷媒は、５０℃未満の温度まで冷却される。好ましい実施形態において、上記圧縮された、混合冷媒が約１０℃まで冷却される。
【００１３】
別の実施形態において、上記圧縮された、混合冷媒を冷却する工程が、上記圧縮された混合冷媒を、上記圧縮機から熱交換器、特に空気冷却器または冷水器へ通過させる工程を含む。本発明の代替の実施形態において、上記冷却する工程は、上述のように、上記圧縮された、混合冷媒を、上記圧縮機から上記熱交換器へ通過させる工程と、上記熱交換器において冷却された上記圧縮された、混合冷媒を、冷却装置へさらに通過させる工程とを含む。好ましくは、上記冷却装置は、少なくとも部分的に、廃熱、特に上記圧縮する工程から生成される廃熱によって駆動される。
【００１４】
本発明の一実施形態において、上記混合冷媒の冷却剤の温度が、上記前処理された供給ガスが凝結する温度であるか、またはその温度以下である。好ましくは、上記混合冷媒の冷却剤の温度は−１５０℃未満である。
【００１５】
本発明の一実施形態において、上記混合冷媒は、１個から５個の炭素原子を含む窒素および炭化水素からなる群より選択された化合物を含む。好ましくは、上記混合冷媒は、窒素、メタン、エタンまたはエチレン、イソブタンおよび／またはｎ−ブタンを含む。１つの好ましい実施形態において、上記混合冷媒の組成は、以下のように、窒素：約５から約１５；メタン：約２５から約３５；Ｃ２：約３３から約４２；Ｃ３：０から約１０；Ｃ４：０から約２０；およびＣ５：０から約２０のモル分率範囲中にある。この混合冷媒の組成は、この混合冷媒の複合物の冷却曲線および加熱曲線が互いに約２℃の範囲内で一致し、この複合物の冷却曲線および加熱曲線が実質的に連続的であるように選択されてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、上記炭化水素ガスは天然ガスまたは炭層メタンである。好ましくは、上記炭化水素ガスは、メタンの液化温度にて、またはその温度以下にて、上記冷却ゾーンから回収される。
【００１７】
第２の態様において、本発明は、
（ａ）混合冷媒と、
（ｂ）上記混合冷媒を圧縮する圧縮機と、
（ｃ）炭化水素液を生成するために、前処理された供給ガスを冷却するための冷却加熱交換器であって、
上記冷却加熱交換器は、上記圧縮機、第２の熱交換経路、および第３の熱交換経路と流体連通する第１の熱交換経路を有し、
上記第１、第２、および第３の熱交換経路は上記冷却ゾーンを通して延在し、かつ第４の熱交換経路は上記冷却ゾーンの一部を通して延在し、
上記第２および第４の熱交換経路は、上記第１および第３の熱交換経路と逆流する熱交換の関係において配置される、冷却熱交換器と、
上記第１の熱交換経路からの流出口および上記第２の熱交換経路への流入口と流体連通する膨張機と、
（ｄ）上記第２の熱交換経路からの流出口および上記圧縮機への流入口と流体連通する再循環混合冷媒ラインと、
（ｅ）上記第４の熱交換経路と流体連通する補助冷媒を有する補助冷却システムと、
（ｆ）上記第３の熱交換経路の流入口と流体連通する、前処理された供給ガスの供給源と、
（ｇ）上記第３の熱交換経路の流出口と流体連通する炭化水素液ラインと
を備える、炭化水素ガス液化システムを提供する。
【００１８】
本発明の一実施形態において、上記圧縮機は一段式の圧縮機である。好ましくは、上記圧縮機は、ガスタービンによって（ギアボックスなしで）直接に駆動される、一段式の遠心分離機である。代替の実施形態において、上記圧縮機は、必要に応じてギアボックスを備えた、中間冷却器および中間洗浄器を有する二段式の圧縮機である。
【００１９】
別の実施形態において、使用時に、上記ガスタービンからの廃熱が蒸気発生器において蒸気を生成することを促進する構成において、上記ガスタービンが上記蒸気発生器と連結される。さらなる実施形態において、システムは、電力を生成するように構成された一段式の蒸気タービン発電機を備える。好ましくは、上記一段式の蒸気タービン発電機によって生成された電力量が、上記補助冷却システムを駆動するのに十分である。
【００２０】
本発明の別の実施形態において、上記補助冷媒が低温のアンモニアを含み、上記補助冷却システムが１つ以上のアンモニア冷却パッケージを含む。好ましくは、上記１つ以上のアンモニア冷却パッケージが空気冷却器または冷水器によって冷却される。
【００２１】
好ましい実施形態において、上記補助冷却システムは上記ガスタービンと熱交換連通し、上記熱交換連通は、上記補助冷却システムによって上記ガスタービンの流入空気の冷却をもたらすように構成されている。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態において、上記システムは、上記圧縮された、混合冷媒が上記冷却熱交換器において受取られるのに先立って、上記圧縮された、混合冷媒を冷却するための冷却器を備える。好ましくは、上記冷却器は空冷式の熱交換器、または水冷式の熱交換器である。本発明の代替の実施形態において、冷水器は、空冷式の熱交換器または水冷式の熱交換器と連続結合した冷却装置をさらに備える。好ましくは、この冷却装置は、圧縮機から生成された廃熱、特に、ガスタービン駆動から生成された廃熱によって少なくとも部分的に駆動される。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態において、上記炭化水素液ラインにおける上記炭化水素液は、膨張機を介して膨張されて、上記炭化水素液をさらに冷却する。
【００２４】
好ましい実施形態は、本発明のあらゆる態様を組み込み、ここで、添付の図面を参照して、例示を目的としてのみ記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態に係る、例えば天然ガスまたはＣＳＧなどの流体物質を液化するプロセスの概略的なフローチャートである。
【図２】図２は、単一の混合冷媒および流体物質についての複合物の冷却曲線および加熱曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１を参照すると、流体物質を液化するために、それを極低温にまで冷却するプロセスが示される。流体物質の実例としては、天然ガスおよび炭層ガス（ＣＳＧ）が挙げられるが、それらに限定されない。本発明のこの特定の実施形態が天然ガスまたはＣＳＧから、液化天然ガス（ＬＮＧ）を生成することに関連して記載される一方で、そのプロセスは、極低温にて液化され得る他の流体物質にも応用される場合があることが想定される。
【００２７】
ＬＮＧの生成は、液化に近づく温度において、下流で凝結し得る水分、二酸化炭素、および必要に応じて他の種を取り除くように、天然ガスまたはＣＳＧ供給ガスを前処理し、次いで、ＬＮＧが生成される極低温にまで、その前処理された供給ガスを冷却することによって広く達成される。
【００２８】
再び図１を参照すると、供給ガス６０は、約９００ｐｓｉ（約６２０５２８１．５６パスカル）の制御された圧力にて、このプロセスに入る。二酸化炭素は、従来のパッケージ化されたＣＯ２除去プラント６２（ここでＣＯ２は約５０〜１５０ｐｐｍまで除去される）を通過することによって除去される。ＣＯ２除去プラント６２の実例としては、アミンコンタクター（例えばＭＤＥＡ）およびアミンリボイラーを有するアミンパッケージが挙げられる。通常、アミンコンタクターを出たガスは水で飽和される（例えば、約７０ｌｂ／ＭＭｓｃｆ）。大部分の水を取り除くために、ガスを水和点（ｈｙｄｒａｔｅ  ｐｏｉｎｔ）（例えば約１５℃）付近まで、冷却装置６６を用いて冷却する。好ましくは、冷却装置６６は、補助冷却システム２０からの冷却力を利用する。凝縮した水は冷却されたガスの流れから取り除かれて、補うためにアミンパッケージに戻される。
【００２９】
ガス流の温度が水和物の凝固点を下回るまで低減された場合に凝結を回避するため、液化前に、冷却されたガス流から、水が１ｐｐｍ以下まで取り除かれる必要がある。したがって、水分含有量が低減した（例えば約２０ｌｂ／ＭＭｓｃｆ）冷却されたガス流が脱水プラント６４を通過する。脱水プラント６４は３つの分子篩容器を備える。通常、２つの分子篩容器は吸着モードで稼動し、他方で、第３の容器は再生されているか、またはスタンバイモードとなっている。負荷（ｄｕｔｙ）容器を出た乾性ガスの支流は再生ガスとして用いられる。湿性再生ガスは空気を用いて冷却され、凝縮した水は分離される。飽和したガス流は加熱され、燃料ガスとして用いられる。ボイルオフガス（ＢＯＧ）は好ましくは、再生／燃料ガス（後述するように）として用いられ、不足分は乾性ガス流から供給される。リサイクル圧縮機は再生ガスには必要とされない。
【００３０】
供給ガス６０は、必要に応じてさらなる処理を行ってもよく、硫黄化合物などの他の硫黄含有（ｓｏｕｒ）種を取り除くが、多くの硫黄化合物は、ＣＯ２除去プラント６２において、二酸化炭素を用いて一斉に取り除かれてもよいことは理解される。
【００３１】
前処理の結果として、供給ガス６０は５０℃まで加熱される。本発明の一実施形態において、前処理された供給ガスは、必要に応じて、冷却装置（図示せず）を用いて、約１０℃から約５０℃まで冷却されてもよい。本発明のプロセスにおいて用いられてもよい冷却装置の適切な例は、アンモニア吸収冷却装置、臭化リチウム吸収冷却装置等、または補助冷却システム２０を含むが、それらに限定されない。
【００３２】
有利にも、供給ガスの組成に依存して、冷却装置は前処理流において重質炭化水素を凝縮してもよい。これらの凝縮された成分は、さらなる生成流を形成することができるか、あるいは、システムの様々な部分において、燃料ガスまたは再生ガスとして用いられてもよい。
【００３３】
前処理されたガス流を冷却すると、液化のために必要とされる冷却負荷を著しく低減するという主要な利点を有し、一部の例においては、従来技術と比較すると３０％程度も低減する。
【００３４】
冷却された、前処理されたガス流は、このガス流が液化されるライン３２を介して、冷却ゾーン２８に供給される。
【００３５】
この冷却ゾーン２８は冷却された熱交換器を備え、ここで、その冷却は、混合冷媒および補助冷却システム２０によって提供される。好ましくは、この熱交換器は、パージされたスチールボックス内に収められた、ろう付けされたアルミニウムの平板フィンの交換器コアを備える。
【００３６】
冷却された熱交換器は、圧縮機１２と流体連絡する第１の熱交換経路４０、第２の熱交換経路４２、および第３の熱交換経路４４を有する。第１、第２、および第３の熱交換経路４０、４２、４４の各々は、図１に示すように、冷却された熱交換器を通して延在する。冷却された熱交換器はまた第４の熱交換経路４６を備え、これは、その冷却された熱交換器の一部、特に、その冷却部分を通して延在する。第２および第４の熱交換経路４２および４６は、第１および第３の熱交換経路４０および４４と逆流する熱交換の関係において配置される。
【００３７】
冷却は、混合冷媒が冷却ゾーンを循環することによって、その冷却ゾーン２８に提供される。冷媒吸気ドラム１０からの混合冷媒は圧縮機１２に通される。圧縮機１２は、好ましくは、２つの並行した一段式の遠心圧縮機であり、各々は、ガスタービン１００、特に、航空転用ガスタービンによって直接に駆動される。あるいは、圧縮機１２は、中間冷却器および中間洗浄器を有する二段式圧縮機であってもよい。通常、圧縮機１２は、約７５％から約８５％の効率で稼動するものである。
【００３８】
ガスタービン１００からの廃熱は、その後に発電機（図示せず）を駆動するために用いられる蒸気を生成するために用いられてもよい。このように、十分な力が生成され得て、液化プラント、特に、補助冷却システム２０における全ての電気部品に電気を供給してもよい。
【００３９】
ガスタービン１００からの廃熱によって生成される蒸気もまた、脱水プラント６４の分子篩の再生、再生ガス、および燃料ガスのためのＣＯ２除去プラント６２のアミンリボイラーを加熱するために用いられてもよい。
【００４０】
この混合冷媒は、約３０バールから５０バールの範囲の圧力、通常は、約３５バールから約４０バールの圧力まで圧縮される。圧縮された、混合冷媒の温度は、圧縮機１２での圧縮の結果、約１２０℃から約１６０℃の範囲の温度、通常は約１４０℃まで上昇する。
【００４１】
圧縮された、混合冷媒は、次いで、ライン１４を介して冷却器１６を通過し、圧縮された混合冷媒を４５℃以下の温度にまで下げる。一実施形態において、冷却器１６は、空冷式のひれ付きチューブの熱交換器であり、ここでその圧縮された混合冷媒は、その圧縮された混合冷媒を、空気等の流体物と逆流する関係にて流すことによって冷却される。代替の実施形態において、冷却器１６はシェルアンドチューブ熱交換器であり、ここでその圧縮された混合冷媒は、水等の流体物と逆流する関係にて流すことによって冷却される。
【００４２】
その冷却され、圧縮された混合冷媒は、冷却ゾーン２８の第１の熱交換経路４０を通され、ここでさらに冷却され、そして好ましくは、ジュールトムソン効果を用いて、膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）４８を介して膨張され、その結果、混合冷媒の冷却材として、冷却ゾーン２８に対して冷却を提供する。この混合冷媒の冷却材は第２の熱交換経路４２を介して通過し、ここで、それは、第１および第３の熱交換経路４０および４４を各々介して通過する圧縮された混合冷媒および前処理された供給ガスとは逆流して熱交換にて加熱される。次いで、この混合冷媒ガスは、圧縮機１２に入る前に、冷媒吸気ドラム１０に戻り、このようにして閉ループ式の一段式混合冷媒処理を完了する。
【００４３】
混合冷媒の調製は、流体材料またはボイルオフガス（メタンおよび／またはＣ２−Ｃ５炭化水素）から提供され、冷媒成分の任意の１つ以上を有する窒素発生器（窒素）は外部から供給される。
【００４４】
混合冷媒は、１個から約５個の炭素原子を含む窒素および炭化水素からなる群より選択される化合物を含む。冷却される流体物質が天然ガスまたは炭層ガスである場合、その混合冷媒に対して適切な組成は、以下のモル分率範囲において、以下のとおりである。窒素：約５から約１５；メタン：約２５から約３５；Ｃ２：約３３から約４２；Ｃ３：０から約１０の；Ｃ４：０から約２０；およびＣ５：０から約２０。好ましい実施形態において、混合冷媒は、窒素、メタン、エタンまたはエチレン、およびイソブタンおよび／またはｎ−ブタンを含む。
【００４５】
図２は、単一の混合冷媒および天然ガスについての複合物の冷却曲線および加熱曲線を示す。曲線の約２℃の範囲内の接近は、本発明のプロセスおよびシステムの効率を示す。
【００４６】
さらなる冷却は、補助冷却システム２０によって、冷却ゾーン２８に提供されてもよい。補助冷却システム２０は、空気冷却器によって冷却される１つ以上のアンモニア冷却パッケージを備える。冷却されたアンモニアなどの補助冷媒は、冷却ゾーン２８の冷却領域に配置された第４の熱交換経路４４を通過する。この手段により、補助冷却システム２０から利用可能な約７０％までの冷却能力が冷却ゾーン２８に向けられてもよい。この補助冷却は、さらなる２０％のＬＮＧを生成する効果を有し、プラント効率、例えば、ガスタービン１００における燃料消費を、別途２０％改善する。
【００４７】
補助冷却システム２０は、その補助冷却システム２０のための冷媒を生成するために、ガスタービン１００からの熱い排ガスから生成される廃熱を利用する。しかしながら、液化プラントにおける他の構成要素によって生成されるさらなる廃熱もまた、補助冷却システム２０のための冷媒を再生するために用いられてもよく、例えば、他の圧縮機、電力生成において用いられる原動機、熱いフレアーガス、排ガスまたは液体、太陽エネルギ等からの廃熱として利用可能であってもよい。
【００４８】
補助冷却システム２０はまた、ガスタービン１００のための空気吸流入口を冷却するように用いられる。重要なことは、圧縮機出力がＬＮＧ産生とおおまかに比例するので、このガスタービンの流入空気を冷却することが、プラントの生成能力を１５％から２５％増加させる。
【００４９】
液化されたガスは、約−１５０℃から約−１７０℃の温度にて、ライン７２を介して、冷却ゾーン２８の第３の熱交換経路４４から回収される。この液化されたガスは次いで、膨張機７４を介して、膨張されて、その結果としてこの液化されたガスの温度を約−１６０℃まで下げる。本発明において用いられてもよい膨張機の適切な例は、膨張弁、ＪＴバルブ、ベンチュリ装置、および回転機械式膨張機を含むが、それらに限定されない。
【００５０】
液化されたガスは、次いで、ライン７８を介して貯蔵タンク７６に向けられる。
【００５１】
貯蔵タンク７６において生成されたボイルオフガス（ＢＯＧ）は、ライン８０を介して、圧縮機７８、好ましくは、低圧力圧縮機へチャージできる。圧縮されたＢＯＧは、ライン８２を介して冷却ゾーン２８に供給され、その冷却ゾーン２８の一部を介して通過し、ここで、この圧縮されたＢＯＧは、約−１５０℃から約−１７０℃の温度まで冷却される。
【００５２】
これらの温度において、ＢＯＧの一部は液相まで凝縮される。特に、この冷却されたＢＯＧの液相は、主としてメタンを含む。冷却されたＢＯＧの気相もまたメタンを含むが、液相と比較して、その中の窒素の濃度が上昇（通常、約２０％から約６０％）する。この結果として得られた気相の組成は燃料ガスとしての利用に適している。
【００５３】
結果として得られた２相の混合物は、ライン８６を介して分離機８４を通り、ここで分離された液相は、ライン８８を介して貯蔵タンク７６へと向け直される。
【００５４】
分離機８４において分離された、冷却された気相は、圧縮機、好ましくは、高圧圧縮機を通り、ラインを介して燃料ガスおよび／または再生ガスとしてプラント内において用いられる。
【００５５】
あるいは、分離機８４において分離された、冷却された気相は、フローラインシステムを極低温に、またはそれを僅かに上回る温度に維持するために、極低温フローラインシステム中を循環して、貯蔵タンク７６から受取り側／積載側の施設へ、極低温の流体（例えば、ＬＮＧまたは炭層ガスからの液体メタン）を移送させるための冷却媒体としての使用に適切である。
【００５６】
再び図１を参照すると、メイン移送ライン９２および蒸気戻りライン９４が示され、その両方は、貯蔵タンク７６を積載側／受取り側の施設（図示せず）へと流体連通させる。貯蔵タンク７６は、メイン移送ライン９２を介して貯蔵タンク７６からＬＮＧをポンプでくみ上げるポンプ９６を備える。
【００５７】
前述のように、分離機８５において分離された、冷却された気相は、極低温の液体を移送するための極低温のフローラインシステム中を循環するために、冷却媒体としての使用に適切である。したがって、分離機８５において分離された、冷却された気相は、ライン９８を介してメイン移送ライン９２に向けられ、ここで、冷却された気相は、極低温フローラインシステムを極低温に、またはそれを僅かに上回る温度に維持するために、メイン移送ライン９２および蒸気戻りライン９４中を循環する。
【００５８】
好ましくは、蒸気戻りライン９４は、圧縮機７８の流入口と流体連通しているので、移送動作の間に生じたボイルオフガスは、上述で概説されたように、ボイルオフガスを処理するためのプロセスにしたがって都合良く処理され得る。
【００５９】
移送動作が開始される前に、分離機８４において分離された液相、または熱交換器２８から放出された液体の流体材料をライン９９を介してメイン移送ライン９２に通すことにより、このライン９２を満たすことによって、このライン９２のさらなる冷却および充填が達成可能であることが想定される。移送動作の完了後に、このライン９９に残っている任意の液相は、周囲加熱から、ライン９９内において自然に発生する内在する圧力下で流れて貯蔵タンク７６に戻ることができると見込まれる。
【００６０】
上述のこのプロセスおよびシステムは従来のＬＮＧプラントより優れた以下の利点を有する。
（１）統合された熱電併給技術システム（ＣＨＰ）は、ガスタービン１００、および回収されたボイルオフガス（これは低いＢｔｕの排ガスである）を含む一部の補助燃焼からの廃熱を用いて、ＬＮＧプラントの蒸気タービン発電機を介してあらゆる加熱要件および電力を提供する。廃熱はまた、補助冷却システム２０の、標準パッケージ化されたアンモニア冷却圧縮機を駆動するために用いられ、これは、以下のさらなる冷却を提供する。
・ガスタービンの流入空気の冷却、これにより１５％から２５％、プラント性能を改善する。
・一般的なプロセスの冷却、これにより、脱水プラントのサイズを低減し、再生ガスと、ガスタービン１００に電力を供給する必要のある燃料ガスとのバランスを取る。
・冷却ゾーンに対するさらなる冷却、これによりプラントの生成能力を２０％改善し、さらに２０％エネルギ効率を改善する。
（２）混合冷媒システムは、冷却曲線の近接した一致性を提供し、これにより冷却効率を最大化するように設計される。補助冷却システム２０と冷却ゾーン２８とを統合することで、熱交換器のサイズを低減するＬＭＴＤを増加させることによって、熱交換器の暖かい側における熱の移送を改善する。これはまた、圧縮機に冷たい混合冷媒吸気温度を提供し、圧縮機性能を著しく改善する。
（３）高効率性、あらゆるプラントの熱および電力の要件を満たすＣＨＰの使用、およびガスタービン１００内の乾性の低排出量の燃焼器の使用により全体として非常に低排出量を生じる。
（４）効率的なＢＯＧの回収。このシステムは、積載中に、貯蔵タンク７６および受取り側／積載側の施設（例えば船）から生成されたフラッシュガスおよびＢＯＧを回収するように構成される。ＢＯＧガスは、圧縮機７８において圧縮され、ここで、冷却ゾーン２８において再液化されて、メタンを液体として回収する。液体メタンは貯蔵タンク２６に戻り、窒素中に濃縮されたフラッシュガスはガスタービン１００の排気ガスの燃焼を補助するために用いられる。これは、ＢＯＧを処理し、システムから窒素を廃棄し、同時に、積載中の燃焼（ｆｌａｒｉｎｇ）を最小限にするか、またはなくす費用対効果的かつエネルギ効率の良い方法である。
（５）効率的な移送フローラインシステム。このシステムは、移送ラインからの熱損失における低減およびそこで生じるＢＯＧにおける付随する低減を提供するように構成され、それらの一部は従来技術の条件の下で燃焼するであろう。本発明において、移送フローラインにおいて生じるいくらかのＢＯＧは、液化のために、圧縮機７８および冷却ゾーン２８に再循環されてもよく、冷却媒体として用いられてもよい。さらに、このプロセスおよびシステムは、追加の移送ラインおよびそれに関連した、循環のために付随するポンプの必要性を除去し、その結果、このシステムの設備投資を低減する。
（６）より低いプラントの設備投資および運用／維持コスト。より少ない装備機器およびモジュール式のパッケージであるため、人手作業、機械作業、配管工事、電気工事および計装工事の低減、ならびに建設スケジュールを迅速にさせることとなり、これらの全てはコストの低減に貢献する。これにより、運用および維持に関わるより少ない人員で済むシンプルな運用ができる。
【００６１】
従来技術の使用および刊行物が本明細書において参照される場合もあるが、それらのうちの任意のものがオーストラリアまたは他の国々における当該技術分野における通常の知識の一部を形成するとの認識をそのような参照は構成しないことは理解されたい。
【００６２】
本明細書の解釈上、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含むがそれらに限定されない」ことを意味し、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もそれに相当する意味であることは明瞭に理解されるであろう。
【００６３】
本発明の基本的な概念から逸脱することなく、本発明は、上述された記述に加え、無数の変形および修正を当業者に示唆するであろう。全てのこのような変形および修正は、本発明の範囲内としてみなされるべきであり、その性質は、前述の記載から決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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